全光ネットワークに向けた 光クロスコネクト技術

PIL ワークショップ2003
B４. 全光ネットワークに向けた光クロスコネクト技術
妹尾 尚一郎
全光ネットワークに向けた
光クロスコネクト技術
2003年2月19日
三菱電機株式会社 情報技術総合研究所
妹尾 尚一郎
１．背景、動向
２．光スイッチプレーン技術
３．光パスの高信頼性技術
４．光パスのプロテクション技術
５．実ネットワークへの適用
６．まとめ
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１．背景、動向
1.1 社会的ニーズ
(1) e-Japan計画によれば、5年以内に3000万世帯が高速インターネット（約30Mbps）を
利用し、1000万世帯が超高速インターネット（約100Mbps）を利用。
(2) 上記環境が実現すると、バックボーンネットワークの通信容量は現在の2000∼
20000倍（6Tbps∼60Tbps）が必要。
ブロードバンドア クセス 加入世帯の予測
3000
万世帯
2500
FWA
FTTH
CATV
DSL
2000
1500
1000
500
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
年
郵政事業庁、「21世紀における情報通信ネットワーク整備に関する懇談会」第2次中間報告に基づく
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１．背景、動向
1.2 キャリアニーズ
(1)
(2)
(3)
(4)
通信トラヒックの増大に応じたノードの大容量化
伝送路コスト（トランスポンダ等）の低減
ネットワーク管理コストの削減、帯域利用の効率化
エンドユーザへのサービス向上
・オンデマンドで高速なパス設定、帯域予約
・ QoSの確保
レイヤ構造を再構築し、キャリアニーズを満たす“簡素”かつ“柔軟”なネットワークを実現
従来型ネットワークレイヤ構造
電話サービス
データサービス
電話/ISDN
ネットワーク
ATM
SDHネットワーク
光ネットワーク
今後のネットワークレイヤ構造
キャリアの収入構造の変化
音声
サービス
データサービス
電話
NＷ
トラヒックのIPへの集約
QoS / on demand 帯域確保
波長パスによる
大容量ネットワーク構築
IPベースL2/L3
ネットワーク
WDMネットワーク
光クロスコネクト（OXC）
新たな全光ネットワークの構築
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１．背景、動向
1.3 GMPLSによる自律分散制御
メリット
GMPLS機能
GMPLSルーティング：リソース利用状況に応じた経路選択
GMPLSシグナリング：動的な光パス設定
（プロテクション、相互接続性に対応）
プロビジョニングの高速化
管理負荷の軽減
新サービスの提供
相互接続性確保
NE-OpS
管理プレーン
DCN
GMPLSルーティング
制御プレーン
ユーザ機器
←UNI→
GMPLSシグナリング
OXC
←NNI→
光パス
データプレーン
STM-64/OC-192,
GbE, 10GbE
DCN: Data Communication Network
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１．背景、動向
動的な波長運用
光パケット交換
光バースト交換
ネットワーク
マルチレイヤ*1交換
光ネットワーク
OXC
固定的な波長運用
波長制御性の導入
1.4 フォトニックネットワーク技術の展開
OXCネットワーク
WDMリングネットワーク
OADM
ポイントツーポイントWDM
WDM
2001
OADM: Optical Add/Drop Multiplexer
2005
2010∼
*1マルチリージョンとも呼ばれる
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１．背景、動向
１.5 OXCロードマップ
現在
(IV) Hybrid型OXC
電気SW/光SWファブリック
を併用
大容量化・低コスト化
(III) O/O/O型OXC
光SW適用、End-to-Endのコネク
ションをAll-Opticalで実現
(II) O/O/O型OXC（+ﾄﾗﾎﾟﾝ）
SW fabricに光SW適用、伝送
装置間はSR トラポンで接続
(I) O/E/O型OXC
光SW適用による大容量化（ﾋﾞｯﾄﾚｰﾄﾌﾘｰ）
小型化・低消費電力化
トラポン削減による低コスト化
大容量電気SWによるバルク
切り替え(現状のOXC)
LT-MUX/
OADM(固定)
OXC
OADM(可変)
1995∼1997
光スイッチ/
光ルータ？
1998∼2000
2000∼2005
2005∼2010
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２．光スイッチプレーン技術
光スイッチプレーン：光パスを切替えるスイッチファブリック
技術要素
(A) 光スイッチ
光路の構成、材質、駆動機構、．．．→ 速度、サイズ、挿入損失、信頼性、．．．
(B) スイッチプレーン構成
高密度実装、高信頼性、試験機能・保守性、制御の容易さ、高速な応答、．．．
(C) OXCにおける波長変換
構成、制御方式（波長パスの選択／設定）、応答性、．．．
GMPLS標準化への反映
-個別のスイッチプレーン特性のGMPLS属性への反映
-障害への対応や制約条件の反映
-波長パスの制御：全光ネットワークとして議論
-プロテクション機能（後述）
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２．光スイッチプレーン技術
2.2 光スイッチプレーン
光スイッチプレーンの構成例
(1)高密度実装
PD: Photo Diode
MPO
ＰＤアレイ
MPO
(3)試験機能
ッチ(A)
光スイ
ッチ(B)
(2)冗長構成に
よる高信頼性
ＰＤアレイ
ＰＤアレイ
光入力ポート
光スイ
ＰＤアレイ
光入力
MPO
光出力
(4)高速な応答
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２．光スイッチプレーン技術
2.2 光スイッチプレーン
スケーラブルな光スイッチプレーン
・小規模光スイッチの組合せ
・部分的増設が可能
・多様な光スイッチ技術に対応
16x32
課題
・接続箇所が増え挿入損失が増大
・基板サイズの増大、基板間の接続
・保守運用性：
障害時の切り分け、保守。
32x32
16x32
32x32
16x32
32x32
32x16
32x16
32x16
Closスイッチの適用
（32x32スイッチ→512x512スイッチプレーン）
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３．光パスの高信頼性技術
3.1 光パスのモニタ
(1) 現状の光ネットワーク
○ ノード毎のO/E/O処理によるリソース正常性監視
・監視：監視バイト／テストパターンの挿入
・管理装置によるパス設定・管理
ネットワーク管理装置(NMS)
パリティバイト／トレース信号挿入
電気
クロスコネクト
パス性能監視／誤接続検知
ノード毎のO/E/O変換による
セクション毎の正常性確認
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３．光パスの高信頼性技術
3.1 光パスのモニタ
(2) 全光ネットワークにおけるリソース正常性確認
トランスペアレントネットワークにおける自律分散的な正常性監視
・クライアント信号に非依存な監視 ： LoL（光断）検出、光性能監視
・シグナリングベースでのパス設定： GMPLS
シグナリングでネットワーク内
で自律的にパス設定
OXC制御
GbE
OXC
SDH
OTN
モニタ
MEMSなど自己監視の困難な
光コンポーネントの使用
クライアント信号に非依存な
制限された監視機能
OXCにより構成されるネットワークでの
リソース正常性モニタ方式の検討が必要
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３．光パスの高信頼性技術
3.2 正常性確認手順
LMPによる障害切り分け手順
LMPによる障害切り分け手順
・LMPメッセージをやり取りしノード間で障害箇所を特定
・各OXCは光パス上流からの信号と下流への信号の状態をチェック
①ChannelStatus
MPLS trace
③ChannelStatus
②ChannelStatusAck ④ChannelStatusAck
・GMPLSのパスについてping, tracerouteに準じた機能を実現
・IETFにて要件文書を作成
光パス設定時の導通試験
・全光ネットワークにおいて光パスの設定時に導通性を確認
・55th IETFに要件、フレームワークを提案（当社）
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３．光パスの高信頼性技術
3.2 正常性確認手順
光パス設定時の導通試験
・パスに割当てられたリソースの正常性を確認
Path / Resvメッセージの往復にて
クライアントに光パスを提供
制御プレーン
OXC
コントローラ
Continuity Check message
追加手順
クライアント
Continuity Check Signal
Ingress
OXC
Egress
OXC
Optical Network / データプレーン
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４．光パスのプロテクション技術
4.1 プロテクション方式の分類
プロテクションの対象と現用／予備リソース利用方法により分類：
Protection Architecture
1+1
1:1
m：n
パスプロテクション
（パス全体を対象）
プロテクション
リンク
セグメントプロテクション
（パスとスパンの中間単位）
1+1
1:1
m：n
スパンプロテクション
（パスを構成する個々のリンクを対象）
1+1
1:1
m：n
セグメント
パス
パス
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４．光パスのプロテクション技術
4.1 プロテクション方式の分類
プロテクション方式を反映したパスのサービスクラス
特徴
概要
クラス
ユーザ
トラヒック
1+1
head
切替速度 信頼性 帯域効率
tail
現用パス
ブリッジ
セレクト
高速
高
低
低
高
1ms以下
予備パス
ユーザ
トラヒック
head
1:1
M:N
tail
現用パス
50ms以下
予備パス
1:1の場合
Unprotected
エクストラ
トラヒック
エクストラトラヒック
プロテクションによる保護が無いパス
経路にプロテクションパスの予備パス
を含むため、それへの切替が起きた場
合に導通が保証されないパス
低速
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４．光パスのプロテクション技術
4.1 プロテクション方式の分類
Shared Mesh Protection
メッシュ網において1:1
1:1パスプロテクション
パスプロテクションの予備パスを複数の現用パス間で共用
・予備パス帯域を効率的に利用
・単一障害が全現用パスに及ばないようパスが共有するリスクを考慮し選択
現用パス１
予備パス１
予備パス２
現用パス２
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４．光パスのプロテクション技術
4.2 プロテクションパスの経路選択
プロテクションパスの選択
現用パス
リンクディスジョイントな予備パス
ノードディスジョイントな予備パス
現用パスから独立性の高い予備パスの経路を選択
（単一障害時に予備パスと現用パスが同時に使用不能にならない）
→リンクディスジョイント
ノードディスジョイント
SRLG（Shared Risk Link Group)ディスジョイント
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4.2 プロテクションパスの経路選択
(1) Shared Mesh Protectionを考慮した経路選択
・予備パスとして共用可能な帯域の学習：ルーティングプロトコルで広告
・共用率を向上させるように予備パスを選択：シグナリングプロトコルへ必要な情
報を追加
①現用パス設定時、その現用パスと重なる他の現用パスの障害時に各リンクで必要となる予備パ
スの最大使用帯域を学習。
②予備パスの帯域と①で学習した帯域の和が各リンク上の予備パス用帯域を下回るように予備パ
スの経路を選択。
③②で選択した経路に沿って予備パスを設定すると共に、現用パス上のシグナリングによって各リ
ンクで必要となる予備パスの最大使用帯域を更新。
課題：SRLGの考慮、現用パスと予備パスの同時選択
(2) SRLGを考慮した経路選択
・SRLG情報の入手：手動またはルーティングプロトコルによる広告
課題：SRLG情報の機密保持
・経路選択への反映
課題：負荷、妥当性
(3) エクストラトラヒックを考慮した経路選択
・エクストラトラヒック用に予備パス帯域／その中の未使用帯域を広告。
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4.3 プロテクションパスの設定
RSVP-TEによる1+1プロテクションパスの設定
ユーザ
トラヒック
head
tail
現用パス
ブリッジ
セレクト
・GMPLSシグナリングにプロ
テクション情報を追加。
・IETFにおける標準化は未。
予備パス
OXC-1
OXC-2
OXC-3
Path
Resv
ResvCnf
Path
Path
Resv
Resv
Primary path
ResvCnf
Secondary path
ResvCnf
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4.4 プロテクション動作
パスプロテクションにおける障害検出と予備パスへの切替
・1+1プロテクションで片方向毎の切替以外はシグナリングが必要。
・GMPLSシグナリングへプロテクション制御メッセージを追加。パス端ノード
の片方がパスのマスターとなって切替を指示。
・エクストラトラヒック収容時、更にエクストラトラヒック収容端の切替やトラ
ヒックの不適当な流入を防止する手順が必要。
・IETFにおける標準化は未。
予備パス
パスのマス
ター
現用パス
障害検出
障害
通知
障害検出
切替指示
光SW切替
光SW切替
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4.4 プロテクション動作
H/WとS/Wの効率的な組合せにより高速、柔軟性ある動作を実現可能
SW制御
パス設定
テーブル設定
ﾌﾟﾛﾃｸｼｮﾝ
情報抽出
設定
H/W切り替え=1+1
S/W切り替え=1:1、N:M
障害検出
コネクション識別 切替処理
切替判定
S/W切替
H/W切替
障害通知
対向
エンド
ノード
切替通知
SW制御
H/W処理
S/W処理
光パスプロテクションの実現例
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５．実ネットワークへの適用
5.1 シグナリング
(1) GMPLSシグナリングプロトコル
・IETFでの標準化：Last Call終了、ISEG承認待ち。
・GMPLS相互接続デモ(RSVP-TE)： MPLS Forum, 欧州のLION
・OIF相互接続デモ(RSVP-TE)： UNI 1.0, NNI
(2) トラヒックモデル、性能
・光パスは太束なので問題ないか？
5.2 プロテクション
(1) プロテクション時間
・1+1では2ms、1:1でも10ms程度の報告 → SONET/SDH規定50ｍｓを充足可能
・ただし光レベルでの無瞬断切替は困難 → 電気レイヤとの連携
ユーザ head
トラヒック
現用パス
予備パス
tail
切替タイミングの同期
電気レイヤで一時蓄積
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６．まとめ
・全光ネットワークに向けた光クロスコネクト技術の動向
光スイッチプレーン技術
光パスの高信頼化技術
光パスのプロテクション技術
実ネットワークへの適用
・今後のテーマ
光パスのTransparent Domainの拡大
波長パスの制御（デバイス、ルーティング、シグナリング）
相互接続性の検証
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